Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Экологические основы природопользования. Учебное пособие для СПО

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>



Из простых неорганических веществ, содержащихся в мировом океане, врезультате жизнедеятельности животных, вчастности, кораллов, ирастений возникли многочисленные острова, вписавшиеся вгеологическую структуру планеты. Развитие жизни вокеане сформировало осадочные горные породы, состоящие изскелетов идругих остатков водных организмов.

Все минералы верхнего слоя земной коры — глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы и многие другие— непрерывно создаются вней исключительно подвлиянием живых организмов. Тысячелетиями накапливавшиеся влитосфере остатки растений иживотных образовали огромные энергетические запасы органических соединений, таких какуголь, торф, нефть, которые, посути, аккумулировали солнечную энергию, потребленную входе фотосинтеза. Наконец, следует упомянуть такой важнейший компонент литосферы, какгумус, необходимый дляжизнедеятельности растений.

Таким образом, живые организмы, объединенные вединое целое со средой своего обитания, способны на всех уровнях своей иерархической организации создавать иконтролировать условия своего существования. Приэтом эффективность воздействия живых систем насреду обитания возрастает сростом уровня организации. Отдельным видам требуются для протекания эволюционного процесса весьма большие промежутки времени. Эволюция же экосистем протекает значительно быстрее, поскольку естественный отбор происходит среди природных биогеоценозов, вкоторых биотическая составляющая изменяет условия среды обитания, тем самым подготавливая ее дляновых видов.

Совокупность процессов необратимого развития биогеоценозов и биосферы в целом получила название экогенеза Важнейшая закономерность экогенеза состоит в возрастающей роли живого вещества ипродуктов его жизнедеятельности впротекании геохимических ифизико-географических процессов напланете.



В составе современной атмосферы надолю кислорода приходится 21%. Дальнейший рост содержания кислорода, являющегося продуктом фотосинтеза, оказался бы весьма неблагоприятным дляжизнедеятельности биосферы, поскольку кислород является мощным окислителем, атакая типично окислительная реакция, как горение, представляет се-

-11-



рьезную опасность дляживой органики. Появление всоставе биосферы аэробных живых организмов, потребляющих кислород длядыхания, позволило стабилизировать содержание кислорода в атмосфере на оптимальной отметке в21%.

Считается, что аэробная жизнь стала возможной после того, каксодержание кислорода в первично безкислородной атмосфере достигло примерно одного процента отсовременного уровня. Норастения всвоей жизнедеятельности сами нуждаются вопределенном количестве кислорода (так называемое дыхание растений), они аэробны. Так откуда же ватмосфере появился кислород?

Дело втом, что «пионерами» фотосинтеза были анаэробные животные организмы особого вида — бактерии, содержащие особый пигмент бактериохлорофилл. Такие бактерии существуют и в составе теперешней биосферы иназываются фотосинтезирующими бактериями. Аэробные организмы— растения, образно говоря, приняли уних эстафету фотосинтеза исо временем стали основным «поставщиком» атмосферного кислорода.

Кстати, обратим внимание нато обстоятельство, что растительный мир является принципиально многоклеточным, ажизнь на Земле началась спростейших одноклеточных, ктому же безъядерных (прокариотических), организмов, так называемых протобионтов, укоторых механизм ассимиляции углерода неимел ничего общего сфотосинтезом.

Далее. Первые растения, какуже отмечалось, могли существовать только в толще воды (защитный озоновый слой еще не образовался), а вода, как известно, поглощает красную область солнечного спектра, на которую «настроен» хлорофилл зеленых растений. Следовательно, первые растения были, во-первых, водорослями, во-вторых, красными. За поглощение остающейся зеленой области видимого света уних восновном ответственен другой пигмент, называемый фикоэритрином. По мере формирования озоносферы растения получили возможность выбраться на поверхность воды, ав дальнейшем ина сушу. При этом хлорофилл стал важнейшим фотосинтезирующим пигментом.

Именно с этого времени рост растительной биомассы и, соответственно, эффективность производства кислорода существенно ускорились. Сэтим периодом эволюции биосферы принято связывать понятие популяционного взрыва, которое означает стремительное увеличение разнообразия живых организмов, главным образом растений. Ясно, однако, что неограниченный рост биомассы растений иколичества кислорода ватмосфере чреват критической ситуацией дляорганической жизни. Как нетрудно догадаться, кризис, грозивший биосфере глобальной

-12-



катастрофой, был успешно преодолен, причем какраз посредством дальнейшего увеличения разнообразия засчет появления более сложных животных организмов, ставших потребителями ирастений, икислорода.

Тем неменее, появление вземной атмосфере кислорода ибыстрое возрастание его количества стали причиной глобальной экологической катастрофы. Дело втом, что виды живых организмов, входивших всостав первичной биосферы, были адаптированы кусловиям бескислородной атмосферы. Большинство изних несмогли адаптироваться кновым условиям и, естественно, погибли. Те немногие виды (восновном растительные), которые сумели приспособиться кновым условиям, получили возможность беспрепятственно размножаться, что и привело квышеупомянутому популяционному взрыву. Сточки зрения эволюции биосферы вцелом эта, пожалуй, крупнейшая вистории Земли экологическая катастрофа оказалась полезной, ибо она способствовала ускорению темпов эволюции иее выходу накачественно новый уровень.

В дальнейшем экологические катастрофы различного масштаба происходили вбиосфере неоднократно, каждый раз сообщая эволюционному процессу новое, однозначно непредсказуемое направление.

Современная теория самоорганизации систем, или синергетика, показывает, что случайность, неоднозначность являются неотъемлемыми свойствами эволюционирующих систем. Ценность этого вывода состоит втом, что он объясняет универсальный алгоритм эволюции систем любой природы. Ниже мы более подробно рассмотрим эволюцию биосферы втерминах синергетики.





Живые организмы, составляющие земную биосферу, находятся впостоянном взаимодействии между собой и с окружающей их неживой природой. Это взаимодействие включает всебя обмен веществом, энергией, информацией иформирует единую систему, сохраняющую устойчивость втечение длительного времени. Такую систему называют экологической системой, илиэкосистемой.

—совокупность живыхорганизмов иусловий их существования, объединенная постоянно действующим процессом обмена веществом, энергией иинформацией вединое целое. Важно отметить, что

-13-



экосистема— это непросто сумма всех организмов наопределенной территории. Это устойчивая саморегулируемая система взаимосвязанных живых инеживых (косных) компонентов. Различают естественные (природные) экосистемы, сформированные врезультате взаимодействия природных факторов, и искусственные (антропогенные), созданные человеком. Природными экосистемами являются, например, озеро, участок леса и т.п. В качестве примеров искусственных экосистем можно привести сельскохозяйственное поле, город, аквариум, космический корабль ит.д.

Экосистема может быть любых размеров— откапли воды добиосферы вцелом, но, независимо отразмеров, длялюбой экосистемы характерны три основополагающих признака:

1) экосистема состоит извзаимосвязанных живых инеживых ком-

понентов;

2) в экосистеме происходит непрерывный обмен веществом, энер-

гией иинформацией;

3) благодаря определенной структуре и взаимодействию биотических и абиотических (косных) компонентов экосистема сохраняет устойчивость втечение длительного времени.

В состав крупных экосистем входит совокупность более мелких, приэтом возникает сложное иерархическое соподчинение биологических систем разных уровней организации. Самой крупной экосистемой является, безусловно, биосфера. —это оболочка Земли, состав, структура иэнергетика которой определяются деятельностью живых организмов. Верхняя ее граница охватывает часть атмосферы до высоты 20–25 км (до высоты озонового слоя), нижняя граница захватывает часть литосферы насуше 2–3 км и1–2 км ниже дна океана. Таким образом, биосфера охватывает часть атмосферы, часть литосферы ивсю гидросферу.

В пробах воздуха на высоте 15–20 км обнаруживаются различные микроорганизмы, споры грибов, бактерии. Верхнюю часть литосферы, состоящую изосадочных пород— известняка имела— тоже можно отнести к биосфере, поскольку эти породы образованы из раковин одноклеточных организмов.

Биосфера представляет собой комплекс биогеоценозов. Биогеоценоз (термин, предложенный В. Н.Сукачевым)— это однородный участок Земли с определенным составом живых организмов, климатических условий и неживых компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единую природную систему, например тайга ЗападноСибирской низменности илипустыня Сахара. Основой биогеоценоза является его биотическая составляющая— биоценоз.

-14-



Биоценоз— это комплекс взаимосвязанных животных, растений, грибов имикроорганизмов, совместно населяющих какой-либо участок суши иливодоема, например все живые организмы какого-то леса, реки илиручья. Биоценоз представляет собой систему взаимосвязанных по- пуляций организмов разных видов.

Популяция— это совокупность особей одного вида, втечение большого числа поколений населяющих определенное пространство (ареал), что обеспечивает возможность свободного скрещивания ивоспроизводства. Разные популяции одного вида, как правило, изолированы друг отдруга, т.е. неимеют возможности длясвободного скрещивания.

Иерархическая организация биологических систем имеет одну очень важную особенность. На каждом новом уровне появляются качественно новые эмерджентные свойства, которые нельзя предсказать исходя изсвойств составляющих его компонентов. -  заключается втом, что невозможно свойство целого свести к сумме свойств его частей. Так, свойства молекулы воды не сводятся ксумме свойств составляющих ее атомов водорода икислорода, асвойства организма— ксвойствам составляющих его органов. Части несуммируются, а интегрируются, обуславливая появление новых, до этого отсутствовавших свойств, которые, как правило, крайне трудно предсказать. Всовременных условиях понимание принципа эмерджентности приобретает особое значение. Невозможно, например, предвидеть все последствия вымирания какого-либо биологического вида илиразрушения одного изкомпонентов экосистемы.



Экосистема состоит изразнообразных организмов, играющих разные роли в сообществе. Соответственно ролям выделяют три большие группы организмов: продуценты, консументы иредуценты.

—это автотрофные (от греч. autos— сам иtrophe— пи- тание) организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических посредством фотосинтеза илихемосинтеза. Кним относятся зеленые растения, водоросли, фототрофные и хемотрофные бактерии. Большую часть органического вещества современной биосферы синтезируют растения впроцессе фотосинтеза.

Кроме растений продуцировать органическое вещество способны определенные бактерии. Некоторые изних, вотличие отрастений, создают свои ткани без участия солнечной энергии. Эти бактерии используют энергию, выделяемую приокислении неорганических соединений,

-15-



например аммиака, железа иособенно серы. Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому такие организмы называются хемосинтетиками. Хемосинтезирующие бактерии, как правило, живут там, куда непроникает солнечный свет, ногде визобилии скапливается сероводород (например, вглубоких океанических впадинах).

Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое вещество изнеорганических составляющих, заимствуя энергию окружающей среды. Ежегодно фотосинтезирующими организмами синтезируется до100 млрд т органических веществ.

 — гетеротрофные (от греч. heteros— другой) организмы, нуждающиеся дляподдержания жизни впотреблении биоорганических веществ.Кконсументам относятся самые разнообразные организмы. Главным образом это животные: простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. Гетеротрофно питаются также некоторые растения ичасти (органы) растений, несодержащие фотосинтезирующих пигментов. Консументы подразделяются наряд уровней взависимости отисточников их питания.

Животные, питающиеся непосредственно продуцентами, называются первичными консументами, или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Например, кролик, питающийся капустой,— это консумент первого порядка, а лиса, охотящаяся закроликом,— консумент второго порядка. Некоторые виды живых организмов соответствуют нескольким таким уровням. Например, когда человек ест овощи, он питается какконсумент первого порядка, говядину— какконсумент второго порядка, употребляя же впищу хищную рыбу, он выступает вроли консумента третьего порядка. Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными, илифитофагами. Консументы второго иболее высоких порядков— плотоядные. Виды, употребляющие впищу какрастения, так иживотных, относятся квсеядным видам.

   — сапротрофные (от греч. sapros — гнилой) организмы, питающиеся мертвым органическим веществом. Они разлагают сложные соединения органики до более простых неорганических молекул, поглощают продукты разложения и, что особенно важно, высвобождают неорганические вещества, пригодные для использования продуцентами. Благодаря деятельности редуцентов трупы животных, продукты их жизнедеятельности, растительные остатки, различные органические вещества разлагаются допростых органиче-

-16-



ских инеорганических веществ, снова включающихся вкруговорот вещества. Кредуцентам относятся многие бактерии, грибы, черви, насекомые ит.п. Редуценты служат наЗемле санитарами изамыкают круговорот вещества, разлагая вконечном итоге органику наисходные неорганические составляющие— углекислый газ иводу.

Таким образом, сообщество выполняет три тесно связанные функции— продукцию, потребление иразложение органики. Эта связь осу- ществляется посредством пищевых (трофических) цепей, обеспечивающих устойчивое функционирование сообщества ибиосферы вцелом.

Только небольшую часть (несколько процентов) потребляемых органических веществ организмы используют дляпостроения иподдержания структуры своего тела. Большая часть веществ используется дляизвлечения энергии. Поэтому накаждом новом уровне трофической цепи биомасса организмов намного меньше, чем напредыдущем. Возникает своеобразная экологическая пирамида, вкоторой, благодаря деятельности живых организмов, происходит непрерывный циклический обмен веществом между различными компонентами биосферы— биогеохими- ческий круговорот веществ.

Из 90 слишним природных химических элементов около 40 входят всостав живых организмов. Это так называемые органогены. Основными органогенами являются шесть химических элементов: углерод, кислород, водород, азот, сера ифосфор.

Важнейшим для биосферы является круговорот углерода. Углерод извыдыхаемого живыми организмами иатмосферного углекислого газа впроцессе фотосинтеза усваивается растениями. Фитофаги, поедая растения, используют их органические вещества в своем обмене веществ, ахищники ипаразиты всвою очередь используют органические вещества фитофагов. Органические вещества мертвых растений иживотных разлагаются редуцентами до более простых органических и неорганических веществ. Ирастения, иживотные, игрибы, ибактерии впроцессе своей жизнедеятельности выделяют углекислый газ ватмосферу, где он становится снова доступным длярастений.

Следует отметить, что при этом не все вещество поступает в следующий цикл круговорота. Какая-то часть веществ постоянно выходит изоборота инакапливается вземной коре. Так,входе круговорота углерода значительная масса этого химического элемента отложилась ввиде органического топлива: нефти, угля, торфа игаза.

Таким образом, несмотря намногообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой изних можно выделить фо-

-17-



тосинтезирующие организмы (продуценты), различные уровни консументов иредуценты. Все они исоставляют всовокупности биотическую структуру экосистем.

Как уже упоминалось, экосистема состоит нетолько изживого вещества сопределенной биотической структурой, ноииз среды обитания, обусловленной совокупностью экологических факторов. Рассмотрим их подробнее.





Вся неживая иживая природа, окружающая конкретные растения, животных ичеловека, носит название среды обитания, аотдельные компоненты среды, влияющие наорганизмы, называются 



По природе своего происхождения выделяются абиотические, биотические и антропогенные факторы.   — это свойства неживой природы, которые прямо иликосвенно влияют нажизнедеятельность организмов.   — это все формы воздействия живых организмов друг надруга. До недавнего времени кбиотическим факторам относили ивоздействие человека наживые организмы, однако, вследствие резкого увеличения масштабов этого влияния, сегодня выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.  — это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению условий среды обитания инепосредственно сказываются нажизнедеятельности биосферы, включая само человеческое общество.

Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, втом числе ичеловека ивсвою очередь сам оказывает воздействие накаждую изэтих составляющих биосферы.

 

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения существуют некоторые общие закономерности их воздействия наживые организмы.

-18-



Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим дляжизни организма ипопуляции, всостав которой он входит. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организмов ипоэтому называется лимитирующим фактором. В1840г. Юстас Либих экспериментально доказал, что «рост растения зависит оттого элемента питания, который присутствует вминимальном количестве», и сформулировал «закон минимума». Обобщенно закон минимума можно сформулировать так: жизнеспособность организма определяется самым слабым звеном вцепи его экологических потребностей.

Дальнейшие исследования показали, что лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток различных факторов, например тепла, воды, солей илиосвещенности. Следовательно, жизнь организма ограничивается не только минимумом, но и максимумом экологического фактора. Понятие отом, что наравне сминимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел в 1913г. В.Шелфорд. Он сформулировал закон толерантности, определив толерантность как способность организма переносить неблагоприятное влияние того илииного фактора среды. Согласно этому закону лимитирующим фактором может быть какминимум, так имаксимум экологического воздействия, аинтервал между ними определяет величину выносливости— предел толерантности.

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора отоптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной пессимума (угнетения). Максимально иминимально переносимые значения фактора— это критические точки, за пределами которых существование организма илипопуляции уже невозможно. Толерантность («терпимость») организмов имеет ряд особенностей, которые внекоторых случаях нельзя неучитывать:

1.Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности вот-

ношении одного фактора иузкий диапазон вотношении другого.

2.Если организм находится внеоптимальных условиях поодному экологическому фактору, то его диапазон толерантности может сузиться вотношении других факторов.

3.Недостаток одного фактора внекоторых случаях можно компенсировать избытком другого.

-19-



Вследствие этого виды с широким диапазоном толерантности ко всем факторам наиболее широко распространены вприроде. Длятого чтобы охарактеризовать степень толерантности видов, вэкологии существует ряд терминов, в которых используются приставки «стено-», что означает «узкий», и«эври-»— широкий. Например, стенотермные виды живут вузком температурном диапазоне, аэвритермные— вшироком, стенобиотные— встрого определенных экологических условиях, аэврибиотные виды могут приспосабливаться ксамым разнообразным условиям ит.п.

Разные экологические факторы, действуя одновременно, могут изменять зону оптимума ипределы выносливости организма. Это явление получило название взаимодействия экологических факторов. Общеизвестно, что жару легче переносить при сухом, а не влажном воздухе; угроза замерзания значительно выше принизкой температуре с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Происходит так называемая компенсация действия факторов. Взаимная компенсация имеет определенные пределы, и полностью заменить один из факторов другим нельзя. Полное отсутствие хотя бы одного изнеобходимых условий делает жизнь организмов невозможной, несмотря насамые благоприятные сочетания других условий. Следовательно, все условия среды, необходимые для поддержания жизни, играют одинаково важную роль, илюбой фактор может ограничивать возможности существования организмов— вэтом состоит закон равнозначности всех условий жизни.

Биологический вид может существовать только в том случае, если его генетические возможности приспособления соответствуют условиям окружающей среды. Каждый вид возник в определенной среде ивтой илииной степени приспособился кней. Если изменения условий окружающей среды выходят зарамки генетической пластичности вида, то вид неможет приспособиться кновым условиям ивымирает. Наэтом, вчастности, основана одна из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся, которая предполагает, что произошли резкие изменения абиотических условий на планете. Эти изменения могли быть вызваны падением метеорита, кометы или чрезвычайно высокой вулканической активностью. Крупные организмы менее изменчивы, чем мелкие, идляадаптации им нужно гораздо больше времени. Вследствие этого выжили преимущественно мелкие виды пресмыкающихся имлекопитающие. Поэтому коренные преобразования природы опасны длямногих ныне существующих видов, втом числе идлясамого человека.

-20-

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]